コンデンサやインダクタの損失
コンデンサやインダクタは理想素子なら「損失ゼロ」ですが、実際の部品では必ず損失が発生します。インピーダンスアナライザで測定する場合、この損失を表す代表的な指標が ESR、D（損失係数）、Q（品質係数）です。
1. まず「損失」とは？
理想的には、
コンデンサ → 電気エネルギーを蓄えて返す
インダクタ → 磁気エネルギーを蓄えて返す
だけなので、電力を消費しません。
しかし実際には抵抗成分が存在するため、
電気エネルギー → 熱
に変換されます。
これが「損失」です。
2. コンデンサの損失
コンデンサには主に次のような損失があります。
① ESR（等価直列抵抗）
実際のコンデンサを簡単に表すと、
理想コンデンサ C ＋ ESR
という直列回路として考えられます。
ESRによって
の損失が発生します。
例えば、
ESR = 0.1 Ω
リップル電流 = 1 A
なら、
となり、コンデンサ自身が0.1 W発熱します。
② 誘電体損失
コンデンサ内部の誘電体は完全な絶縁体ではありません。
交流電圧を加えると、誘電体内部でエネルギーが消費されます。
この損失を表す代表的な指標が
D（Dissipation Factor：損失係数）
です。
となります。
一般的には、
と考えることができます。
ここで、
です。
3. Q値との関係
コンデンサでは、
という関係があります。
つまり、
状態 | D | Q |
損失が小さい | 小さい | 大きい |
損失が大きい | 大きい | 小さい |
です。
したがって、
良いコンデンサ＝Dが小さい、Qが大きい
と考えることができます。
4. インダクタの損失
インダクタも同じように損失があります。
簡単な等価回路では、
理想インダクタ L ＋ ESR
として考えます。
主な損失は、
① 巻線抵抗による損失
銅線には抵抗があります。
したがって、
による銅損が発生します。
② 高周波での損失
周波数が高くなると、
表皮効果
近接効果
によって巻線の実効抵抗が増加します。
そのため、高周波になるほどESRが増える傾向があります。
③ コア損
フェライトなどの磁性体を使用したインダクタでは、
ヒステリシス損
渦電流損
などのコア損も発生します。
特にスイッチング電源などでは重要です。
5. インダクタのDとQ
インダクタの場合は、
です。
インダクタのリアクタンスは、
なので、
となります。
そして、
です。
したがってインダクタでは、
と考えることができます。
6. コンデンサとインダクタを比較すると
項目 | コンデンサ | インダクタ |
理想成分 | C | L |
リアクタンス | (1/2πfC) | (2πfL) |
損失 | ESR・誘電体損失など | 巻線抵抗・コア損など |
D | ESR/ | Xc |
Q | 1/D | 1/D |
良い部品 | Dが小さい | Dが小さい |
良い部品 | Qが大きい | Qが大きい |
7. インピーダンスアナライザでは何を見る？
インピーダンスアナライザで測定すると、例えばコンデンサなら、
C → ESR → D → Q
を周波数に対して測定できます。
特に重要なのが、
「周波数が変わると損失がどう変化するか」
です。
例えばコンデンサでは、周波数によってESRが変化します。
インダクタでも同様に、
L、ESR、D、Qの周波数特性
を見ることで、その部品がどの周波数帯で良好に動作するかが分かります。
インピーダンスアナライザを用いることで、コンデンサやインダクタのESR, D, Qを測定することが可能です。